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现金网导航 复旦通识·全球变暖|从地质角度看全球变暖

时间:2020-04-13  来源:未知   作者:admin

【编者按】自上世纪90年代以来,相关全球变暖的争吵愈演愈烈,至今已经成为一个重要的政治与生态话题。“复旦通识”结构“全球变暖”系列,邀请差别高校相关学科的教师撰文,从各自的专科周围与学术有趣起程,围绕全球变暖这一席卷国际政治和社会舆论的宏大公共议题,进走差别角度的不益看察与商议,思考“人类命运共同体”将如何面对这一能够即将席卷全球的危境。

“全球变暖”钻研缘首和简要历程

20世纪90年代以来,“全球变暖”争吵愈演愈烈,现今已是一个席卷国际政治和社会舆论的宏大公共议题。但在40-50年昔时,科学家群体谈论的题现在并非“全球变暖”,而是“全球变冷”,因为有三。一是1970年代人类有了航天遥感技术,首次能够进走全球地形式测,发现大周围工业粉尘排放拦截了太阳光入射,引首北半球赓续数年的降温表象(图1);二是古海洋学的发展展现了地外气候的冰期/间冰期旋回规律,每个间冰期赓续的时间都比较短。依照这个规律,现在已经赓续了一万多年的间冰期能够就要终结了,地外气候将缓慢进入下一个冰期;三是那时美苏两大集团冷战正酣,全社会被核大战和核冬天的阴影笼罩。在这栽背景下,西方地质学界致函那时的美国总统尼克松,呼吁关注核战能够导致的“全球大变冷”趋势,以至大多媒体报道的都是诸如“如何在将临的冰期中幸存下来”等耸人听闻的信息。

在一片喧嚣和迷惑中,不乏远见卓见之士,美国地球化学家华莱士·布洛克(Wallace Broecker,图2)就是其中最有影响的一位。早在1975年,他就发外文章指出,人类排放的二氧化碳引首的温室效答将导致全球变暖,这一趋势将很快压服现在的降温趋势,吾们原形上正站在全球变暖的首点!20世纪80年代最先,全球地外平均温度最先迅速拉升,到1990年代末,平均外温提高幅度已经达到0.5ºC!这一原形十足证实了当初布洛克的推想。至此现金网导航,“全球变暖”也从科学议题正式扩大成为政治和公共议题。1997年现金网导航,141个国家和地区签定《京都通过书》现金网导航,呼吁局限发达工业国家的碳排放量。

进入21世纪,科学界发现地外暖化显现减速甚至凝滞表象。从1997-1998年的超级厄尔尼诺事件最先,显现了一个长达15年的“全球变暖凝滞期” (图1),由此引发一轮大商议。但在这段时间里,天然因素却是有利于全球降温的,比如太阳运动处于极弱期,全球火山运动添剧。但通过邃密计算,发现这两个降温因素并不及以抵消温室气体赓续排放带来的添温效答。那么有余的炎量往那里了?通过大周围监测追踪,发现正本炎量进入了大洋深处。海洋是一个壮大的炎能储库,自工业革命以来,超过90%的人造温室效答能量进入了海洋内部,而滞留在地外的不及10%的炎量引发全球1.3ºC的升温暖越来越频发的极端气候事件。倘若海洋把这90%炎量还给地外,引发的气候效答将不走思议。2015-2016年的超级厄尔尼诺运动再次转折大洋状态,之后全球地外温度又最先新一轮的大幅拉升(图1)。

图1 工业革命以来大气二氧化碳浓度和全球平均地外温度震撼记录。原首数据来自美国大洋与大气管理局网站(www.noaa.gov)。

图2 美国科学院院士华莱士·布洛克(1931-2019),哥伦比亚大学教授,被誉为Lamont海洋实验室的灵魂,以钻研全球气候转折、海洋化学、海洋环流等课题著名科学界。照片来自网络。

冰期旋回中的温度和二氧化碳转折

昔时一百多年以来,大气二氧化碳浓度和全球外温的周详相关相关(图1),让人下认识地就认为两者之间存在因果相关,即二氧化碳浓度上升推动添温。但抛开外貌表象,两者相关原形上相等复杂。在数年至数十年的时间尺度内,地球气候体系的驱动因素有很多,例如太阳运动强度、火山喷发周围、温室效答等。气候体系包含大气、森林、海洋、冰盖等差别子体系,子体系之间存在周围不等的物质和能量交换。碳在差别子体系内部的中止时间也差别壮大。所以定量钻研碳排放与全球气候转折是个很有挑衅性的课题。说相符国当局间气候转折评估委员会(IPCC)一切致力于行使复杂的数值模型展看差别碳排放周围带来的异日地球升温幅度,但展看效果偏差很大。在科学界,仍有相等多的科学家质疑全球变暖是由人类运动引首。

地质记录则挑供了一个很益的时间窗口,供吾们不益看察和注视昔时的二氧化碳与气候转折的相关。南极洲和北极格陵兰岛几千米厚的冰川沉积挑供了这些远古记录。这些冰川是昔时几十万年以来降雪一向累积形成的。降雪刚落在冰面上的时候,内部松散,跟大气能够直接交流。随着新的降雪在上面一向堆积,下面积雪最先压实,闲逸变幼,末了在冰川内部形成很多密闭的气泡(图3)。这些气泡就是远古大气的“化石”,当中就封存着古大气的化学构成信息!科学家在冰川高原上钻掏出了几千米长度的冰芯,现在能够恢复出昔时80万年以来的大气二氧化碳浓度震撼历史(图3)。同时,冰块自己由氢和氧两栽元素构成,氢和氧的同位素分馏与降雪时的大气温度相关。所以,行使氢、氧同位素又能够重修极地大气温度历史。

令人惊讶的是,昔时80万年以来,温度和二氧化碳浓度震撼表现出一栽近乎完善的相符相关(图3)。吾们能够把昔时80万年划分为8个冰期-间冰期旋回,每个旋回赓续时间8-12万年,平均为10万年。其中前四个冰期旋回振幅比较幼,近来四次振幅很大。以近来四次冰期为例,大气二氧化碳浓度为180-190 ppm (即万分之2.8和2.9),到间冰期时,上升到280-290 ppm。冰期-间冰期旋回中100 ppm的浓度转折,相等于大气层中多了2000亿吨的碳,对答于南极大气温度上升9-12ºC。由于吾们身处间冰期,对现今的气候比较熟识,但冰期时的地球面貌就十足是另一幅景不益看。由于严寒,冰期地球上的冰川周围壮大,现今的北欧、添拿大和美国北部,都压在数千米厚的冰层之下。全球海平面降低了120米,吾国东海大陆架通盘出露成为陆地,海岸线一向推进到现今的冲绳群岛附近。冬季时,横扫东亚大陆的西伯利亚高压和寒潮比现今厉酷很多,中国内地显现重要的干旱和荒漠化表象。炎带地区近地面大气温度也大幅降低了4-6ºC。所以,冰期与间冰期地球气候状态的差别专门隐晦。

值得仔细的是,工业革命以来,二氧化碳浓度从280 ppm上升到410 ppm, 上涨幅度为130 ppm,这已经超过了冰期-间冰期旋回的振幅(图3)。另外,410 ppm的二氧化碳浓度是昔时80万年以来地球从未有过的峰值,有人推想这甚至是昔时1000万年以来的峰值?这么高的二氧化碳浓度到底意味着怎样的气候效答呢?这是压在科学家心头一个未解和沉重的话题。以12万年前的间冰期为例,那时二氧化碳浓度仅仅比吾们身处的间冰期高5-7 ppm(图3),极地冰盖就由于比较温暖的环境发生了幼周围的崩解,导致全球海平面上涨了2-5米。

但为何现今这样高的大气二氧化碳浓度峰值还未引首气候从间冰期向冰期转型呢?一栽不益看点认为,在冰期-间冰期旋回中,吾们钻研的对象是地球气候在千年-万年时间尺度上的转折,不克直接对标于现在几十年-百年等级的气候转折。此外,在冰期-间冰期旋回中,气候转折和二氧化碳震撼,到底谁是因、谁是果,现在还异国结论,所以不克浅易外推。

另一栽不益看点正好相逆,认为现在大气二氧化碳浓度提高已经影响到气候体系的各个层面,从海洋受炎体积膨大到极地冰架添速崩塌,从北极夏日海冰面积缩短到极地生态体系变迁,从海洋酸化、珊瑚礁大周围白化到极端气候事件频率上升等等,都是这栽外现。但这仅仅只是最先,二氧化碳的气候效答还未足够表现。只要给予足够时间,即便二氧化碳浓度不再增补,气候转折的趋势和水平还会不息强化。另外,有很多证据外明地球气候体系是一个非线性体系。这意味着到了某个临界点,气候状态会骤然从一栽模式迅速跳跃到另一栽模式。现在吾们益像逼近了这个临界点,气候状态的跳变能够会很快来临。

图3 昔时80万年以来大气二氧化碳浓度和南极大气温度的震撼历史。原首数据来自Lüthi et al.(2008, Nature, 453, 379-382)和美国大洋与大气管理局网站(www.noaa.gov)。

地质历史上不幸性的碳开释事件

工业革命以来,人类开释二氧化碳的周围和速度是这样之大,除了刚才谈到的冰期旋回,地质历史上另一个能与之相对比的事件还要追溯到5500万年前的古新世-首新世极炎事件。不知由何栽因素触发,那时海底陆坡上埋藏的天然气水相符物大周围崩解,据推想在数千年时间里,十足有3.5万亿吨的碳被开释到大气中;与此对答,同期的全球平均气温比背景值高出5-10ºC,海洋大幅度酸化导致底栖生物发生集群性绝灭(图4),陆地动植物群落也发生宏大绝灭和变革,极地和炎带海洋温差减幼,海洋洋流体系改组,全球极端水文事件强度添大,陆地上暴雨、泥石流、滑坡崩塌等地质灾难频发……之后又过了十多万年,地球气候状态才恢复到背景值。一百多年以来人类运动累计开释的碳为4000多亿吨,比古新世-首新世极炎事件矮一个数目级。但是人类开释碳的速率,却比古新世-首新世极炎事件高一个数目级。倘若一连现在碳排放的添速度趋势,最快在140年之后,也就是大约5代人的时间,吾们的碳排放总周围将达到古新世-首新世极炎事件时的周围。

但大气温度和大气二氧化碳浓度必定是正相关的吗?前线谈到的80万年的冰芯记录益像表清新轨道尺度上两者的正相关相关,但倘若放眼整个重生代的气候演变历史,稀奇是首新世-渐新世之交(约34百万年前)南极冰盖形成之后,深海底栖有孔虫d18O(氧安详同位素)记录逆映的全球逐渐变冷的趋势与构造尺度上相对稳定的大气二氧化碳浓度记录益像又异国什么相关(Zachos et al., 2008, Nature,451, 279-283),近来1千2百万年来全球差别海区的海水外层温度记录也与大气二氧化碳浓度记录不怎么相符(Herbert et al., 2016,Nature-Geoscience,9,843-849)。

长时间尺度上的地质记录通知吾们,地球气候状态并非是安详的,而是能够通过幅度壮大的转折,从一栽状态跳跃到另一栽状态,除此之外还有偶发性的环境不幸事件。短时间尺度上的历史不益看测同时也外明,大气二氧化碳浓度有能够是触发气候转折的一个扳机。尽管全球变暖与大气二氧化碳之间的相关照样不明,但从现在最先辈走策略商议、制定减缓碳排放的政策也是一栽明智之举。

图4 5500万年前不幸性的碳开释事件,导致海洋大幅度酸化和底栖生物集群绝灭。行使先辈的钻探技术,从海洋深处获取长达数千米的岩芯。发现发生该事件时,平常浅灰色的碳酸盐沉积物被红褐色粘土沉积代替,通过长达十多万年时间才又恢复平常。原首图片来自Zacho et al. (2005, Science, 308, 1611-1615),经编辑修改。

本专栏内容由复旦大学通识哺育中央组稿。(本文来自澎湃讯息,更多原创资讯请下载“澎湃讯息”APP)

  凤凰网财经《启阳路4号》出品 文|郑雨婷

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